溫度傳感器原理與應(yīng)用.ppt

,溫度傳感器原理與應(yīng)用,指導(dǎo)教師：XXX 教授 小組成員：XXX,目錄,基本知識,溫度傳感器的原理,溫度傳感器的應(yīng)用,基本知識,溫度傳感器的原理,溫度傳感器的應(yīng)用,一、基礎(chǔ)知識,溫度：反映物體冷熱狀態(tài)的物理參數(shù)。 熱平衡：溫度是描述熱平衡系統(tǒng)冷熱程度的物理量。 分子物理學(xué)：溫度反映了物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度。 能量：溫度是描述系統(tǒng)不同自由度間能量分配狀況的物理量。 溫標(biāo)：表示溫度大小的尺度是溫度的標(biāo)尺。,1.1 溫度的基本知識,國際普遍使用的溫標(biāo)有四種：熱力學(xué)溫標(biāo)、國際實用溫標(biāo)、 攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。,一、基礎(chǔ)知識,1.2 溫度傳感器的分類,溫度傳感器是實現(xiàn)溫度檢測和控制的重要器件。在種類繁多的傳感器中，溫度傳感器是應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快的傳感器之一。,接觸式溫度傳感器 非接觸式溫度傳感器,二、溫度傳感器的原理,2.1 接觸式溫度傳感器,接觸式溫度傳感器的測溫元件與被測對象要有良好的熱接觸，通過熱傳導(dǎo)及對流原理達到熱平衡，這時的示值即為被測對象的溫度。,特點：精度較高。這類傳感器結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、測量精度高、穩(wěn)定性好、價格低；但有較大的滯后現(xiàn)象，不方便對運動物體進行溫度測量，被測對象的溫場易受傳感器的影響，感溫元件材料的性質(zhì)決定測溫范圍等。,常用的有：熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。,二、溫度傳感器的原理,電阻式溫度傳感器,工作原理：熱電阻溫度傳感器是利用導(dǎo)體或半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化而變化的原理制成的，實現(xiàn)了將溫度的變化轉(zhuǎn)化為元件電阻的變化。有金屬（鉑、銅和鎳）熱電阻及半導(dǎo)體熱電阻（稱為熱敏電阻）。,典型的熱阻式傳感器,二、溫度傳感器的原理,電阻式溫度傳感器,熱電阻的結(jié)構(gòu):熱電阻主要由電阻體、絕緣套管和接線盒等組成。電阻體由電阻絲、引出線、骨架等組成。,目前最常用的熱電阻有鉑熱電阻和銅熱電阻。,熱電偶溫度傳感器,二、溫度傳感器的原理,熱電效應(yīng)：將兩種不同性質(zhì)的導(dǎo)體A和B串接成一個閉合回路，如果兩個接和點處的溫度不同，則在兩個導(dǎo)體間產(chǎn)生一個電動勢，并在回路中有一定大小的電流，這種現(xiàn)象就是熱電效應(yīng) 。,工作原理演示,熱電極A,測量端 工作端、熱端）,結(jié)論：當(dāng)兩個結(jié)點溫度不相同時，回路中將產(chǎn)生電動勢。,自由端 （參考端、冷端）,熱電極B,熱電動勢,A,B,回路中所產(chǎn)生的電動勢，叫熱電動勢。 熱電動勢是由兩種導(dǎo)體的接觸電動勢和同一導(dǎo)體的溫差電動勢所組成。,熱電偶：由這兩種導(dǎo)體的組合并將溫度轉(zhuǎn)換成熱電動勢的傳感器。,熱電偶的結(jié)構(gòu),由于不同的金屬材料其自由電子的密度不同，在接觸面會發(fā)生自由電子的擴散形成的電動勢。 設(shè)導(dǎo)體A、B的自由電子密度為NA、NB，且有NANB。,接觸電動勢,導(dǎo)體B 則因獲得電子而帶負電,導(dǎo)體A 因失去電子而帶正電,接觸面處形成電場,該電場的存在阻礙了電子的繼續(xù)擴散，當(dāng)電子擴散達到動態(tài)平衡時，就在接觸區(qū)形成一個穩(wěn)定的電位差，即接觸電動勢，其大小為：,T 接觸處的絕對溫度； k 玻爾茲曼常數(shù)（k = 1.38×10-23J/K） e 電子電荷（e = 1.6×10-19C）,同一導(dǎo)體中的溫差電動勢,對于單一導(dǎo)體，如果兩端溫度不同，在兩端間會產(chǎn)生的電動勢。,高溫端的自由電子具有較大的動能而向低溫端擴散。,高溫端因失去電子而帶正電,低溫端因獲得電子而帶負電,中間形成電位差,上述運動就形成一個靜電場，該靜電場阻止電子繼續(xù)向低溫端遷移，最后達到動態(tài)平衡。因此, 在導(dǎo)體兩端便形成溫差電動勢, 其大小由下面公式給出：,T 、T0 高、低端的絕對溫度； 湯姆遜系數(shù)，表示導(dǎo)體A兩端的溫度差為1時所產(chǎn)生的溫差電動勢。,熱電偶回路中總的熱電勢應(yīng)是接觸電動勢與溫差電動勢之和：,接觸電動勢,溫差電動勢,它的敏感元件與被測對象互不接觸，主要是利用被測物體熱輻射而發(fā)出紅外線，從而測量物體的溫度,二、溫度傳感器的原理,2.2 非接觸式溫度傳感器,二、溫度傳感器的原理,優(yōu)點,不從被測物體上吸收熱量,不會干擾被測對象的溫度場,連續(xù)測量不會產(chǎn)生消耗,反應(yīng)快，壽命長,工作可靠，安全,紅外測溫儀由光學(xué)系統(tǒng)、光電探測器、信號放大器及信號處理、顯示輸出等部分組成。,二、溫度傳感器的原理,熱探測器的探測原理基于熱效應(yīng)，當(dāng)待測物體受到輻射便會引起溫度的升高從而影響待測物的性能變化，因而可以利用輻射來進行待測物電量或非電量變化的檢測。,二、溫度傳感器的原理,二、溫度傳感器的原理,斯蒂芬玻爾茲曼定律 W=T 4 W物體單位面積所發(fā)射的輻射功率，數(shù)值上等于物體的全波輻射出射度 物體表面的法向比輻射率 斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù) T物體的絕對溫度(K),二、溫度傳感器的原理,三、溫度傳感器的應(yīng)用,1,2,無線溫度傳感器,3,冷卻液溫度傳感器,進氣溫度傳感器,1.進氣溫度傳感器,在傳感器內(nèi)部加裝一個負溫度系統(tǒng)的半導(dǎo)體熱敏電阻，外部則用環(huán)氧樹脂材料進行密封。,1.進氣溫度傳感器,進氣溫度傳感器也是雙線的傳感器，安裝在進氣管上或空氣流量 計內(nèi)。,1.進氣溫度傳感器,用來檢測發(fā)動機的進氣溫度， 將進氣溫度轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?輸入給ECU做為噴油修正的信 號。,2.熱電偶溫度傳感器,漏鋼預(yù)報系統(tǒng)，是可以通過分析分布在結(jié)晶器壁上的熱電偶采集到的溫度變化，得知坯殼破裂處及其擴展，從而檢測出漏鋼趨勢并進行報警的設(shè)備。,2.熱電偶溫度傳感器,2.熱電偶溫度傳感器,當(dāng)選擇人工控制時，操作人員根據(jù)系統(tǒng)畫面及報警，手動控制相應(yīng)系統(tǒng)； 在自動狀態(tài)下， 當(dāng)出現(xiàn)非正常狀態(tài)時，系統(tǒng)自動降低相應(yīng)流的拉速并發(fā)出警報，相應(yīng)流自動減速，以便使裂口愈口。提供的愈合時間是根據(jù)不同鋼種預(yù)先設(shè)定的。自發(fā)生報警恢復(fù)至正常狀態(tài)，不需人工操作。,3.冷卻液溫度傳感器,一般冷卻液溫度傳感器的兩根導(dǎo)線一般都是和ECU進行連接的，采用對溫度變化擁有著特別敏感的熱敏負溫度系數(shù)電阻制成的，在水溫溫度越低時，熱敏電阻的阻值會變得越大，電控單元就是根據(jù)這個信號，來增加噴油量的。,謝謝觀看,敬請批評指正,